(57)【要約】【課題】延伸倍率が高く、薄く、かつ、幅が広い薄膜およびその製造方法を提供する【解決手段】表面に水酸基を有する薄膜を、ジカルボン酸を含有する延伸槽中に配置する。そして、延伸槽中で該薄膜を延伸させる。延伸槽中に配置する前に、薄膜を膨潤させ、この膨潤した薄膜をヨウ素溶液で染色する。表面に水酸基を有する薄膜は、例えば、ＰＶＡフィルムである。ジカルボン酸の炭素数は４〜６である。ジカルボン酸は、例えば、アジピン酸である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に水酸基を有する薄膜を、ジカルボン酸を含有する水槽中に配置する工程と、
前記水槽中で前記薄膜を延伸させる工程とを含むことを特徴とする薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記薄膜を膨潤させる工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記薄膜をヨウ素溶液で染色する工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜の製造方法。
【請求項４】
前記ヨウ素溶液が、ヨウ素分子およびヨウ素イオンを含むことを特徴とする請求項３に記載の薄膜の製造方法。
【請求項５】
前記ジカルボン酸の炭素数が４〜６であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜の製造方法。
【請求項６】
前記ジカルボン酸がアジピン酸であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜の製造方法。
【請求項７】
前記ジカルボン酸の重量パーセント濃度が１〜１０％の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜の製造方法。
【請求項８】
前記ジカルボン酸の重量パーセント濃度が２〜５％の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜の製造方法。
【請求項９】
前記水槽には、遷移金属イオン、塩酸、硫酸またはホウ酸を加えられていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜の製造方法。
【請求項１０】
前記遷移金属イオンは亜鉛イオンを含むことを特徴とする請求項９に記載の薄膜の製造方法。
【請求項１１】
前記遷移金属イオンの重量パーセント濃度が０．１〜３％の範囲内であることを特徴とする請求項９に記載の薄膜の製造方法。
【請求項１２】
前記ホウ酸の重量パーセント濃度が１〜３％の範囲内であることを特徴とする請求項９に記載の薄膜の製造方法。
【請求項１３】
前記水槽の作動温度が４０〜６０℃の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜の製造方法。
【請求項１４】
前記薄膜に少なくとも１層の保護フィルムをラミネートする工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜の製造方法。
【請求項１５】
前記保護フィルムは、三酢酸セルロースフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルムまたはポリノルボルネンフィルムを含むことを特徴とする請求項１４に記載の薄膜の製造方法。
【請求項１６】
前記薄膜の延伸倍率が６〜９の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜の製造方法。
【請求項１７】
前記薄膜の厚さが１０〜２０μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜の製造方法。
【請求項１８】
延伸後の薄膜の厚さに対する延伸前の薄膜の厚さの比が４〜８の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜の製造方法。
【請求項１９】
延伸後の薄膜の幅に対する延伸前の薄膜の幅の比が１．５〜２の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜の製造方法。
【請求項２０】
前記薄膜がポリビニルアルコール偏光フィルムであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜の製造方法。
【請求項２１】
請求項１に記載の薄膜の製造方法によって形成されることを特徴とする薄膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜およびその製造方法に係り、特に、薄い偏光フィルムおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ワードプロセッサ、モニタ、携帯電話および液晶テレビなどの各種機器に液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：liquid crystal display）が広く使用されるようになってきたことに伴い、偏光フィルムの需要が増加してきている。特に、家庭用エンタテイメントシステムが普及してからは、大型ＬＣＤテレビの市場は成長傾向にある。このため、市場の要求に応じるべく、薄くかつ幅の広い偏光フィルムを開発する必要がある。
【０００３】
ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）偏光フィルムは、一般的に、好ましい配向性を持つＰＶＡフィルムにヨウ素を吸着させてなるヨウ素系フィルムと、ヨウ素の替わりに二色性染料を吸着させてなる染料系フィルムと、一部脱水により得られるポリエン系（polyene-type）フィルムとに分類される。
【０００４】
これらのうち、ヨウ素系フィルムは、製造が容易であると共に優れた光学性能を有するため、最も広く使用されている。偏光子は、一般に、中央の延伸ＰＶＡフィルムと、例えば三酢酸セルロース（ＴＡＣ）からなる少なくとも１層の保護層とを含んでいる。延伸及び乾燥されたＰＶＡフィルムは、主要な偏光要素であり、通常の厚さは約２０〜３５μｍであり、延伸倍率（stretching ratio）は約５〜６であり、その最も多くは５．８である。
【０００５】
しかしながら、上述したような従来のＰＶＡ偏光フィルムは、厚く、幅が狭く、且つ延伸倍率が低いため、材料利用率が低い。さらに、幅の比（延伸前／延伸後）が２〜２．５と極めて大きい。よって、大型パネルに対する要求を十分に満たすことはできない。
【０００６】
特許文献１及び２には、ドライプロセスによりフィルムの光学特性及び均一性を向上させる方法が開示されている。この方法によれば、５〜７の延伸倍率が達成されている。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６７６０１５６号明細書
【特許文献２】米国特許第６８５５２７６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、如何にして延伸倍率／幅を増加させつつ偏光素子の厚さを薄くするかについては、ほとんど何らの対策も講じられていない。
【０００９】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、延伸倍率が高く、薄く、かつ、幅が広い薄膜およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記の目的を達成するため、薄膜の製造方法であって、表面に水酸基を有する薄膜を、ジカルボン酸を含有する水槽中に配置し、水槽中で薄膜を延伸させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、薄膜の延伸倍率がより高くなると共に、厚さを僅か約１０〜２０μｍにまで薄くすることができ、且つ延伸後の幅がより広くなる。このため、最大の材料利用率（material utilization yield）を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の目的、特徴ならびに長所がより明らかに理解されるよう、以下に好ましい実施例を挙げつつ、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本実施の形態において、ポリビニルアルコールフィルム（以下「ＰＶＡフィルム」という。）の表面と、ジカルボン酸との化学結合を示す図である。なお、従来は、ＰＶＡフィルムとホウ酸（H3BO3）とを反応させていた。図１には、この従来のＰＶＡフィルムとホウ酸との化学結合を併せて示している。
【００１４】
本実施の形態によれば、ジカルボン酸を含有する水槽（以下「延伸槽」という。詳細は後述する。）中に、表面に水酸基（-OH）を有する薄膜が配置される。そして、該延伸槽中で該薄膜が延伸させられる。この表面に水酸基を有する薄膜としては、例えば、図１に示すようなＰＶＡフィルムを用いることができる。
【００１５】
従来のホウ酸に代えてＰＶＡフィルム表面と反応するジカルボン酸としては、例えば、炭素数が４〜６個であるジカルボン酸を用いることができる。より具体的には、図１に示すようなアジピン酸（HOOC[CH2]4COOH；「ヘキサン二酸」ともいう。）のほか、グルタル酸（HOOC[CH2]3COOH；「ペンタン二酸」ともいう。）やコハク酸（HOOC[CH2]2COOH）を用いることができる。
【００１６】
炭素数４〜６個であるジカルボン酸が好適な理由としては、炭素数７個以上のジカルボン酸に比して、水に対する溶解度が高いため、一般的な製造温度（延伸槽の作動温度）で十分な濃度にすることができることが挙げられます。さらに、例えば、工業上で炭素数６のジカルボン酸であるアジピン酸は、工業ゴムと紡織の主原料であり、炭素数７個以上のジカルボン酸に比して、安価で大量取得することができるため、製造コストを抑えることができることが挙げられます。
但し、かかる理由は、本発明において、炭素数が７個以上であるジカルボン酸の使用を否定するものではありません。
【００１７】
また、本発明において用いられるジカルボン酸は、直鎖型のジカルボン酸に限定されるものではなく、２つのカルボキシル基を隔てるための炭素が存在し、かつ、これらのカルボキシル基間に十分な立体空間が得られれば、側鎖（branched chain）を有するジカルボン酸またはジカルボン酸の誘導体を用いることができる。
【００１８】
図３は、本実施の形態において、延伸槽中の偏光フィルムの延伸経路の一例を説明するための図である。図３に示す延伸槽１０は、後述する実施例１，２において用いられている。図３に示す延伸槽１０は、３対のニップローラ（nip rollers）２０を備えている。これら３対のニップローラ２０は、同じ高さで配置されている。図３に示すように、ＰＶＡフィルム３０は、水平方向に延伸されている。これら３対のニップローラ２０の回転速度比は、図示しない制御部により制御可能である。延伸槽１０の作動温度は、約４０〜６０℃である。
【００１９】
図４は、本実施の形態において、延伸槽中の偏向フィルムの延伸経路の他の例を説明するための図である。図４に示す延伸槽４０は、後述する実施例３，４において用いられている。図４に示す延伸槽４０も、上記延伸槽１０と同様に、３対のニップローラ５０を備えている。これら３対のニップローラ５０の回転速度比は、図示しない制御部により独立して制御可能である。図３に示す場合とは異なり、ＰＶＡフィルム３０は、３対のニップローラ５０以外のニップローラとも接触している。延伸槽４０の作動温度は、上記延伸槽１０と同様に、約４０〜６０℃である。
【００２０】
これらの延伸槽１０，４０内に入れられる上記ジカルボン酸（図示せず）の重量パーセント濃度は、約１〜１０％、より好ましくは２〜５％である。このジカルボン酸に加えて、例えば亜鉛などの遷移金属イオン、塩酸、硫酸またはホウ酸が、延伸槽１０，４０内に添加されていてもよい。この場合、遷移金属イオンの重量パーセント濃度は約０．１〜３％とすることができ、ホウ酸の重量パーセント濃度は約１〜３％とすることができる。
【００２１】
さらに、延伸槽１０，４０とは異なる水槽において該薄膜を膨潤させ、膨潤した薄膜をヨウ素分子およびヨウ素イオンを含むヨウ素溶液で染色してもよい。ここで、ヨウ素分子の重量パーセントは約０．０１〜０．１％とすることができ、ヨウ素イオンの重量パーセントは約０．１〜１０％とすることができる。
【００２２】
本実施の形態では、図１に示すように、ＰＶＡフィルム表面に従来結合させていたホウ酸を、ジカルボン酸に置き換える。ジカルボン酸の親水性カルボキシル基はＰＶＡフィルム表面の水酸基と結合しやすく、これらの間にはエステル結合が形成される。また、剛直な（柔軟性の無い）ホウ酸に比べ、炭素数４〜６の長鎖ジカルボン酸は柔軟（flexible）である。このため、薄い偏光フィルムの引っ張り強さ(tenacity)および伸長性(extensibility)が高まり、延伸過程で破断するということがなくなる。
【００２３】
さらに、化学反応性およびフィルムの延伸特性を向上させると共に退色（discoloration）を回避するため、例えば遷移金属イオン、塩酸、硫酸またはホウ酸などの添加剤を延伸槽に添加することができる。
【００２４】
本実施の形態においては、延伸槽１０，４０の作動温度、ＰＶＡフィルム３０，６０の延伸経路、ニップローラ２０，５０の回転速度、およびジカルボン酸と添加剤の濃度等の各種延伸パラメータを調整することによって、薄く、幅広で、高延伸倍率の偏光フィルムを形成することができる。
【００２５】
この形成された偏光フィルムに、例えば、三酢酸セルロース（ＴＡＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはポリノルボルネンからなる保護フィルム（光学フィルム）を少なくとも１層ラミネートすることができる。
【００２６】
また、上述した本実施の形態の方法により製造される薄い延伸偏光フィルムは、各種液晶ディスプレイ、例えば車載用ＧＰＳシステムのモニタなどへの使用に適している。
【００２７】
本実施の形態で得られる延伸偏光フィルムの延伸倍率（stretching ratio）は約６〜９であり、厚さは約１０〜２０μｍであり、厚さの比（延伸前／延伸後）は約４〜８であり、幅の比（延伸前／延伸後）は約１．５〜２である。
【００２８】
次に、本実施の形態の詳細な実施例１〜４について説明する。
（実施例１）
幅６５０ｍｍ、厚さ７５μｍのＰＶＡフィルムを図示しない水槽中で膨潤させた後、そのＰＶＡフィルムをヨウ素溶液で染色した。続いて、図３に示すように、ＰＶＡフィルム３０を、アジピン酸３ｗｔ％、ホウ酸１ｗｔ％および亜鉛イオン０．１５ｗｔ％を含有する延伸槽１０中で延伸させることで、延伸ＰＶＡ偏光フィルムを形成した。ここで、３対のニップローラ２０の回転速度比は１:１．５:１．５５に制御し、ＰＶＡフィルム３０の延伸経路は図３に示す延伸経路とし、延伸槽１０の作動温度は５３℃とした。延伸、乾燥後の最終的な偏光フィルムの延伸倍率は７．２４であり、厚さは１２μｍであり、幅は３８０ｍｍであった。
【００２９】
（実施例２）
幅６５０ｍｍ、厚さ７５μｍのＰＶＡフィルムを図示しない水槽中で膨潤させた後、そのＰＶＡフィルムをヨウ素溶液で染色した。続いて、図３に示すように、ＰＶＡフィルム３０を、アジピン酸３ｗｔ％、ホウ酸１ｗｔ％および亜鉛イオン０．１５ｗｔ％を含有する延伸槽１０中で延伸させることで、延伸ＰＶＡ偏光フィルムを形成した。ここで、３対のニップローラ２０の回転速度比は１:１．４５:１．５に制御し、ＰＶＡフィルム３０の延伸経路は図３に示す延伸経路とし、延伸槽１０の作動温度は５３℃とした。延伸、乾燥後の最終的な偏光フィルムの延伸倍率は６．７７であり、厚さは１７μｍであり、幅は３４２ｍｍであった。
【００３０】
（実施例３）
幅６５０ｍｍ、厚さ７５μｍのＰＶＡフィルムを図示しない水槽中で膨潤させた後、そのＰＶＡフィルムをヨウ素溶液で染色した。続いて、図４に示すように、ＰＶＡフィルム６０を、アジピン酸３ｗｔ％、ホウ酸１ｗｔ％および亜鉛イオン０．１５ｗｔ％を含有する延伸槽４０中で延伸させることで、延伸ＰＶＡ偏光フィルムを形成した。ここで、３対のニップローラ５０の回転速度比は１:１．５:１．５に制御し、ＰＶＡフィルム６０の延伸経路は図４に示す延伸経路とし、延伸槽４０の作動温度は５３℃とした。延伸、乾燥後の最終的な偏光フィルムの延伸倍率は７．００であり、厚さは１１．５μｍであり、幅は４１８ｍｍであった。
【００３１】
（実施例４）
幅６５０ｍｍ、厚さ７５μｍのＰＶＡフィルムを図示しない水槽中で膨潤させた後、そのＰＶＡフィルムをヨウ素溶液で染色した。続いて、図４に示すように、ＰＶＡフィルム６０を、アジピン酸３ｗｔ％、ホウ酸１ｗｔ％および亜鉛イオン０．１５ｗｔ％を含有する延伸槽４０中で延伸させることで、延伸ＰＶＡ偏光フィルムを形成した。ここで、３対のニップローラ５０の回転速度比は１:１．４５:１．５に制御し、ＰＶＡフィルム６０の延伸経路は図４に示す延伸経路とし、延伸槽４０の作動温度は５３℃とした。延伸、乾燥後の最終的な偏光フィルムの延伸倍率は６．７７であり、厚さは１４．５μｍであり、幅は３８５ｍｍであった。
次に、上記偏光フィルムを、強塩基によりプレエッチングが施された２つのＴＡＣフィルムでラミネートした後、７０℃で乾燥することにより、偏光子を形成した。続いて、その偏光子に対し、８０℃で３０分、熱機械分析（ＴＭＡ：thermal mechanical analysis）を行った。その結果を図２に示す。図２は、本実施例４により形成された偏光子の熱機械分析の結果を示す図である。図２に示すように、偏光子の収縮量（contraction quantity）は４７．９３μｍであった。これは、同類の市販製品サンプルの収縮量（＝９０〜１１０μｍ）に比べてはるかに低かった。
なお、他の実施例１〜３により形成された偏光フィルムを用いて同様に偏光子を形成した場合も、図２に示すような良好な熱機械分析結果を得ることができる。
【００３２】
次に、上記実施例１〜４に対する比較例について説明する。
（比較例１）
幅６５０ｍｍ、厚さ７５μｍのＰＶＡフィルムを水槽中で膨潤させた後、そのＰＶＡフィルムをヨウ素溶液で染色した。続いて、ＰＶＡフィルムを、ホウ酸５ｗｔ％を含有する延伸槽中で延伸させることで、延伸ＰＶＡ偏光フィルムを形成した。ここで、３対のニップローラの回転速度比は１:１．４:１．３３に制御し、延伸槽の作動温度は５３℃とした。延伸、乾燥後の最終的な偏光フィルムの延伸倍率は５．８であり、厚さは２４μｍであり、幅は３４０ｍｍであった。
【００３３】
上述した実施例１〜４および比較例１により得られた各偏光フィルムについて、延伸倍率、厚さ、幅、厚さの比ＲＴ、並びに幅の比ＲＷを比較可能に下表１に示す。下表１における厚さの比ＲＴは、延伸前の厚さを、延伸後の厚さで除したものである。さらに、下表１における幅の比ＲＷは、延伸前の幅を、延伸後の幅で除したものである。
【表１】
2007122050.tif 000003
【００３４】
以上の結果からわかるように、本実施の形態（実施例１〜４）により得られる偏光フィルムは、比較例１に比して延伸倍率がより高く、厚さは僅か約１０〜２０μｍと薄く、且つ、延伸後の幅がより広くなっている。よって、本発明によれば、材料利用率（material utilization yield）を大幅に向上させることができる。
【００３５】
なお、本発明を好ましい実施形態によって以上のように開示したが、これは本発明を限定しようとするものではなく、当業者であれば、本発明の精神と範囲を逸脱しない限りにおいて変更および修飾を施すことができる。よって、本発明の保護範囲は、添付の特許請求の範囲で定義されたものが基準とされる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態において、ポリビニルアルコールフィルムの表面と、ジカルボン酸との化学結合を示す図である。
【図２】本発明の実施例４により形成された偏光子の熱機械分析の結果を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態において、延伸槽中の偏光フィルムの延伸経路の一例を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態において、延伸槽中の偏向フィルムの延伸経路の他の例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０、４０      延伸槽
２０、５０      ニップローラ
３０、６０      ＰＶＡフィルム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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